基于结构动力特性分析的高层建筑损伤机理与失效模式控制

Based on the structural deformation, displacement, story drift ratios, energy dissipation were always as the calculating parameters of damage index for global damage evaluation. This project takes the reinforced concrete frame tube structure as research object and will give some advices on how to obtain the dynamic characteristic of structure in elastic plastic stage. The variation laws of structural dynamic characteristics in different elastic plastic stage and the relationship between the dynamic characteristics and internal force, displacement, and deformation will be studied. The sensitivity of the structural dynamic characteristics influence by the damage of different types of primary and secondary component will be studied. By comparison with the experimental data, the reliability of describing damage using structural dynamic characteristics will be verified. Describe the damage mechanism based on structural dynamic characteristics and find the inner internal relationship with structural damage index. The variation laws of structural dynamic characteristics under different failure mode will be studied. Considering the structural dynamic characteristics, the objective function, control strategies and optimal placement in semi-active control system based on Magnetorheological Damper will be designed and researched. And then the failure mode of structure will be controlled by using semi-active control system.

针对目前结构整体损伤评估一般是以结构变形、位移、层间位移角、能量等作为损伤指标的现状，本项目以钢筋混凝土框架-核心筒结构为研究对象，提出求解弹塑性阶段结构动力特性的思路与方法；通过结构在不同弹塑性阶段结构动力特性的变化规律，研究其与结构内力、位移、变形的内在联系；研究不同类型主要、次要构件的损伤程度对结构动态动力特性影响的敏感性；通过与相关试验数据的对比分析，研究利用结构动态动力特性描述结构损伤的可靠性；基于结构动力特性对结构的损伤机理进行描述，研究其与结构损伤指标的内在联系；根据结构不同失效模式下的动力特性规律，对磁流变阻尼器半主动控制系统中的目标函数、控制策略、优化布置等进行设计和研究，并利用半主动控制系统对结构可能发生的不利失效模式进行控制。

为了对结构的抗震性能进行分析，在准确把握结构弹塑性阶段性能特点的基础上，通过合理的结构反应指标对结构在不同水准地震作用下的性态进行定量的评估，用恰当的方式来定量地描述结构在地震作用下的损伤程度。由于结构发生了不同程度的破坏，结构在非线性阶段的结构参数是一种时变的状态，尤其是结构的刚度会由于结构的损伤而发生变化，因此可根据结构损伤求解结构的参数变化或根据结构参数变化确定结构的损伤。本项目采用逐步增加水平推覆力荷载的方法，通过结构动力特性的改变来进行结构损伤评估，并提出以频率变化为指标的计算模型。首先确定结构的弹塑性关系曲线，然后采用静力弹塑性Push-over分析方法，对结构进行不同工况下的单向推覆分析，研究了结构在推覆过程中动力特性的变化与结构损伤之间的关系，提出了基于频率的损伤指标，提出了基于频率下降率损伤指标和考虑频率余量的损伤指标，以及根据各阶振型相对质量计算的组合频率损伤指标，对比分析了不同推覆模式下的结构损伤情况，以及不同损伤指标对结构损伤的评价效果。研究成果为结构的损伤评估提供了新的方法和途径。